KR20030015201A - 고성능 프로펠러 - Google Patents

Abstract

고성능 프로펠러는 하나의 허브에 여러개의 날개가 달린 것으로, 각각의 날개팁에 양변이나 단변이 원호형인 테두리가 설치된다. 본 발명의 프로펠러는 유도항력이 작고 원심력을 유효 힘으로 변환하여 날개의 팁 부근의 압력차를 증가시킴으로써 날개에 작용하는 힘을 증가시킨다. 동일한 동력 소모조건에서, 유량이 12%-17%까지 증가되어 에너지를 40%-70%까지 절감한 측방 경사형 대형 프로펠러에 대해 테스트했다. 유체역학적 성능상 가로세로비가 무한대로 접근하기 때문에, 날개의 폭은 증가하고 유도항력은 증가되지 않을 수 있다. 본 발명에 의하면, 날개의 면적을 증가시키고 유출속도는 감소시키는 방법을 적용하여, 에너지 절감 효과를 크게 개선할 수 있다.

Description

고성능 프로펠러{High-performance propeller}

프로펠러 날개는 유도항력의 영향으로 인해 메인 동작영역인 날개길이의 약 0.7 부분에 최대 압력점이 위치한다. 날개의 이동속도는 이 영역에서는 날개길이의 0.7 부분에서 날개 팁으로 갈수록 최대점에 접근하고, 이 영역은 프로펠러 전체 회전면적의 약 절반을 차지하고 계산상으로 약 70%의 작용력을 생성해야만 한다. 종래의 프로펠러의 경우, 이 영역의 정압면과 부압면 사이의 압력차는 날개 팁에서 거의 제로까지 감소한다. 날개 팁은 그 이동속도가 최대이지만, 종래의 프로펠러에서는 에너지 손실이 최대인 지점이기도 하다. 종래의 프로펠러 날개의 정압면과 부압면 사이 및 이들 압력면들과 주변 매질 사이에는 안정된 경계들이 없으므로, 날개 팁에서의 에너지 손실은 심각한 문제이다. 현재, 가로세로비가 비교적 큰 날개에 테두리를 추가한 디자인이 있지만, 에너지 절감의 이득이 분명하지 않다. 이는, 날개 자체의 유도항력이 비교적 작고, 날개 스팬이 더 길고, 힘의 아암이 길며, 이에 따라 날개가 쉽게 변형될 정도로 모멘트가 커서 테두리에서 큰 형상항력이 쉽게 생기기 때문이다. 날개에 테두리를 추가하거나, 프로펠러가 터널형 외부링을 갖거나, 터널에 프로펠러를 적용한 현재의 디자인들은 기본적으로 반경방향 유체공급에 미치는 테두리나 터널의 영향을 고려하지 않았다. 이 테두리의 형상과 크기는 유도항력의 제거와 반경방향 유체공급의 증가 둘다를 고려하지 않았다. 테두리나 터널은 유체 공급에 영향을 주어 프로펠러에 작용하는 유체량을 감소시키므로, 프로펠러에서 발생된 유효 작용력이 감소되고, 그 결과 프로펠러 효율이 떨어진다.

본 발명은 프로펠러에 관한 것으로, 특히 단변이나 양변이 원호형인 테두리가 날개 팁에 달린 프로펠러에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 프로펠러 구조와 날개의 양변 원호형 테두리의 개략도;

도 2는 본 발명에 따라 보강링을 갖춘 양변 원호형 테두리의 프로펠러 구조의 개략도;

도 3은 외측 기울기와 오버플로 방지에지를 갖는 단변 원호형 테두리의 개략도;

도 4는 와류 발생구역의 위치를 보여주는 도 3을 B 방향에서 본 개략도;

도 5는 본 발명에 따라 보강링을 갖는 프로펠러의 날개들의 단변 원호형 테두리의 팁들을 보여주는 개략도.

본 발명의 목적은 이상 설명한 종래의 프로펠러의 문제점들을 극복할 수 있는 고성능 프로펠러를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 프로펠러는 하나의 허브에 여러개의 날개가 달려 있는 것으로, 각 날개 팁에 양변이나 단변이 원호형인 테두리를 부착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 프로펠러는 양변이나 단변 원호형 테두리들에 의해 날개 팁 부근에서의 유량조건과 압력분포를 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 프로펠러의 유체역학적 성능은 무한대에 접근하는 가로세로비와 적은 유도항력을 제공한다. 유체의 원심력을 유효 작용력으로 바꿔, 날개 팁 부근에서의 작용력을 증가시키면서도, 회전방향으로의 형상항력은 양변이나 단변 원호형 테두리에 의해 거의 생기지 않는다. 유도항력이 거의 없는 조건에서, 익현을 길게하여 날개의 면적을 증가시키고 유출 유량의 속도를 감소시킴으로써 에너지 손실을 명백히 감소시킨다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1: 기중에서 사용되는 추진형 고성능 프로펠러

도 1, 2에 도시된 본 실시예의 프로펠러는 하나의 허브(2)에 12개의 날개(3)가 달려있고, 날개(3) 팁에 양변 원호형 테두리(1)가 고정된 것을 특징으로 한다. 날개들 사이에는 보강링(4)이 배치된다. 이 프로펠러는 몰딩, 용접, 기타 기계적 방식에 의해 플라스틱이나 금속 등의 적당한 재료로 구성될 수 있다.

본 실시예의 프로펠러는 그 직경이 0.8m이고, 유효 앙각은 14°이며, 양력계수는 1이고, 가로세로비는 4이며, 날개 면적은 프로펠러의 회전면적과 같고, 테두리의 높이는 익현 길이의 26%이고, 테두리가 바깥쪽으로 22°기울어져 있다. 보강링(4)은 날개 팁에 위치하고, 날개의 축선폭보다 길다. 마찰 항력만을 제외한 어떤힘도 생성하지 않도록 프로펠러 회전면에 거의 평행하거나 유동방향에 기울어진 스트립들을 연결해 보강링과 테두리는 서로 연결된다.

본 발명의 프로펠러에 따라 이론적으로 발생될 수 있는 정지추력 F는 날개 팁의 속도 550 m/s의 기술적 목표값 항으로 계산되며, 공기압축 효과는 고려하지 않는다.

F; 추력, kgf A; 날개 면적, 0.5㎡

r; 회전속도, 219 rps V_(m); 날개팁의 속도

L; 양력계수, 1 ρ; 공기밀도, 0.125 ㎏·s²/m⁴

R; 반경, 0.4m

추력 F=0.25 L ρA V_(m) ²= 4726 kgf = 46320 N

테두리와 보강링에 의해 생기는 마찰항력 Z의 계산:

종래의 프로펠러에 비해, 테두리와 보강링에 의해 생긴 마찰항력은 본 발명의 프로펠러에서는 증가하므로, 테두리와 보강링에 의해 생긴 마찰항력 Z의 추력에 대한 비율은 그 효과를 예측하기 위해 다음과 같이 계산된다.

테두리와 보강링에서 생긴 마찰항력 Z는 판의 항력에 대한 계산식을 이용해 계산된다. 테두리와 보강링의 형상만에 의해 마찰항력이 생기고 이 항력이 판의 항력과 유사하다고 가정하면, 프로펠러 날개의 팁에서 회전면적의 50%인 테두리와 보강링의 면적에 따른 마찰항력이 계산된다.

Z; 테두리와 보강링에서 생긴 마찰항력, kgf

R; 레이놀즈수

M; 테두리와 보강링의 표면적, 0.125㎡

C; 항력계수 V_(m); 테두리의 선속도, 550 ㎧

ρ; 공기밀도, 0.125 ㎏·s²/m⁴

γ; 공기의 점성계수, 1.45 X 0.00001 ㎡/s

R= (2.5x550) ÷(1.45x0.00001) = 94827586

C = 0.455 ÷(LgR)^2.58= 0.0021

Z = 0.5 C ρM V_(m) ²= 0.5x0.0021x0.125x0.125x550x550 = 4.9625 Kgf

테두리와 보강링에서 생긴 마찰항력의 추력에 대한 비는 다음과 같이 계산된다.

항력/추력 = 4.9625 ÷4726 = 0.00105

따라서, 본 발명의 프로펠러의 테두리와 보강링에서 생긴 마찰항력의 효과는 무시해도 된다.

본 발명의 프로펠러의 유도항력 손실과 종래의 프로펠러의 유도항력 손실을 비교하면,

1. 본 발명의 프로펠러의 유도항력 손실량 계산

A; 프로펠러 면적, 0.5 ㎡ λ; 가로세로비 ≒ ∽

V_(m); 날개팁의 속도, 550㎧ L; 양력계수, 1

유도항력계수 C₁은 다음과 같이 추정된다.

C_I= L²/(πλ) = 1/(π∽) ≒ 0

유도양력 R_I는 다음과 같이 추정된다

R_I= 0.5 C_IρA V_(m) ²= 0

2. 종래의 프로펠러의 유도항력 손실량 계산

A; 프로펠러 면적, 0.5 ㎡ λ; 가로세로비, 4

V_(m); 날개팁의 속도, 550㎧ L; 양력계수, 1

유도항력계수 C₁은 다음과 같이 추정된다.

C_I= L²/(πλ) = 1/12.6 = 0.0796

유도양력 R_I는 다음과 같이 추정된다

R_I= 0.5 C_IρA V_(m) ²= 752 Kgf

본 발명의 프로펠러에서의 항력대 추력의 비는

0/4726 = 0이다.

종래의 프로펠러의 항력대 추력의 비는

752/4726 = 0.13이다.

이 조건에서는, 본 발명의 프로펠러라면 유도항력 손실을 추력의 13%까지 낮출 수 있다.

실시예 2 : 익현이 넓은 추진형 고성능 프로펠러

본 실시예의 프로펠러는 하나의 허브(2)에 6개의 날개(3)가 달려있고, 양변 원호형 테두리(1)가 각 날개(3)의 팁에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 실시예의 프로펠러는 그 직경이 0.8m이고, 축선길이는 0.92m이며, 날개 유입측의 앙각은 60°이며, 날개 유출측의 앙각은 30°이고, 가로세로비는 0.4이다. 이 프로펠러는 전체적으로 나선형이다. 날개 부압면에서의 테두리의 높이는 0.03m이다. 날개 정압면에서의 테두리의 높이는 유입측에서는 0.03m이고 유출측에서는 0.08m이다. 테두리는 외측 경사가 전혀 없다. 오버플로 방지 에지는 폭이 0.06m이고 테두리에 대한 각도가 60°이다.

본 발명의 프로펠러를 동일한 흡입포트 면적을 갖는 터보팬 엔진이나 압축기의 프로펠러와 동일한 작동조건에서 비교한다. 본 발명의 프로펠러는 반경방향으로 유체를 흡입하여 유체 흡입량을 크게 증가시키고 이에 따라 날개에 작용하는 유체량을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 날개의 정압면에 테두리와 오버플로 방지에지가 제공되어 있기 때문에 날개의 부압면에서의 흡입공기는 날개의 정압면과 테두리는 물론 오버플로 방지에지로 구성된 공간으로 들어가, 안내되고 제한된다. 날개의 부압면에서의 그 다음 인접 날개의 정압면으로의 압력변화 과정중에 날개의 정압면과 부압면 사이에서의 간섭이 줄어들 수 있고, 이에 따라 날개의 정압면과 부압면 사이의 공간에서 안내되는 유체의 압력차를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 프로펠러의 유량은 원심력을 유효 작용력으로 변화시킬 수 있을 정도로 크다. 유효 작용력이 증가되고 항력과 기타 이차 유량의 손실이 감소되므로, 날개의 떨림이나 진동이 쉽게 생기지 않는다.

m - 프로펠러의 바람맞이측에서 흡입된 유량

v - 외측으로 흐르는 유체의 속도

M - 본 발명의 프로펠러의 날개 팁에서 흡입된 반경방향 유량

F - 프로펠러 추력

제트 추진형 장치에서 생긴 추력은 주로 유체 모멘텀의 변화에 따라 변한다.

종래의 추력팬에서 생기는 추력 F는

F=d(mv)/dt

본 발명의 프로펠러의 바람맞이측에서 흡입된 유량 m이 동일한 바람맞이 면적을 갖는 팬의 추력과 같다고 할 경우, 반경방향으로 공급된 흡입량을 M이라 할 때 본 발명의 프로펠러의 총 유량은 m+M이다. 외측방향 유량의 속도 v가 종래의 프로펠러의 속도와 같다고 할 경우(사실은 더 크다), 본 실시예의 프로펠러에서 생긴 추력 F는

F=d[(m+V)v]/dt 이다.

따라서, 본 발명의 프로펠러에서 생긴 추력은 바람맞이 면적이 동일한 터보팬 엔진의 팬과 같은 종래의 팬의 추력보다 크고, 흡입량도 바람맞이 면적이 동일한 제트엔진 압축기의 흡입량보다 많다. 또, 이 엔진의 추력, 추력-중량비, 효율은 유량증가로 인해 크게 증가된다. 본 실시예의 프로펠러는 또한 축류펌프, 배기장치등에 사용되기에도 적합하다.

실시예 3 : 종래 팬용 고성능 프로펠러

본 실시예를 직경 400mm의 종래의 팬과 비교한다. 본 발명의 프로펠러의 구성, 형상, 사이즈 및 앙각은 종래의 팬과 동일하되, 도 3, 4, 5에 도시된 바와 같이, 날개에 단변 원호형 테두리(5)를 제공한다.

본 실시예의 프로펠러는 하나의 허브(2)에 4개의 날개(3)가 달려있고, 각 날개(3) 팁에 단변 원호형 테두리(5)가 고정되는 것을 특징으로 한다. 이 테두리의 폭은 40mm이고 외측방향 경사는 15°이며, 팬의 등가 직경은 420mm이다. 날개의 부압면의 팁과 테두리 사이의 연결부나 그 부근 영역은 비유선형으로 되어 있고, 이곳에서는 폭 6mm의 와류생성 구역(7)이 있다(도 3, 4 참조).

본 실시예의 팬의 등가 직경은 420mm이다. 회전속도가 동일한 조건하에, 항력은 400mm의 종래의 팬과 같고, 출력은 400mm의 종래의 팬과 같으며, 생성된 바람의 양은 420mm 팬보다 많다.

시험에 의하면, 모터 출력과 에너지 소비율이 일정한 조건하에, 본 발명의 프로펠러의 바람의 양은 약 12%-17% 증가되었음이 밝혀졌고, 이는 바람의 양과 소비출력 사이의 체적관계의 관점에서 약 40%-70%의 에너지 절감에 해당한다.

본 발명의 프로펠러의 테두리 각 부분은 프로펠러와 거의 동심이다. 테두리의 각 부분들은 동일한 기능을 하고 거의 동일한 회전반경에서 축선방향으로 돌출한다. 원칙적으로, 테두리로부터 회전방향으로 마찰항력만 발생시키면 된다. 테두리가 경사져 있으면, 형상항력을 발생시키고, 이로인해 날개 팁의 압력으로부터 형상력이 증가되거나 감소될 수 있다. 필요에 따라, 유체 흡입량을 변화시켜 날개 동작 결과를 변화시키도록 대략 인벌류트 형태로 테두리를 날개의 회전방향으로 적절히 전개할 수 있다.

본 발명의 프로펠러는 어느정도까지는 테두리의 기울기 변화에 아주 민감하지 않으므로, 가변피치형 프로펠러로도 사용될 수 있다. 이 프로펠러는 각종 동작조건과 미적인 조건들을 충족시킬 수 있는 특별한 형상의 테두리를 갖는 프로펠러로 설계될 수도 있다.

본 발명은 새로운 설계개념과 새로운 설계관념도 포함한다. 과거에는, 프로펠러 날개 팁에서의 반경방향의 유체공급이 프로펠러의 작동조건에 영향을 줄 수 있다는 것을 인지하지 못했다. 따라서, 테두리 달린 프로펠러나 터널내의 프로펠러를 채택했을 때의 체계적인 가이드관념이나 설계개념은 전혀 없었고, 맹목적으로 설계를 한 것 같다. 본 발명자들의 실험과 테스트에 의하면, 날개의 테두리를 부적절하게 설계하거나 종래의 프로펠러를 터널내에 부적절하게 적용하면 날개에 작용하는 유량이 감소되고 프로펠러의 추력이나 전달 유량이 줄어들기 때문에, 프로펠러의 효율이 감소된다는 것이 증명되었다. 따라서, 본 발명의 프로펠러용 테두리 설계에 있어서는, 테두리의 작용으로 인해 유도항력과 유체공급 둘다 감소될 수 있다는 것을 고려해야만 한다. 날개 팁에서의 반경방향 유량을 적절히 제어하면 프로펠러의 추력, 전달 유량이 크게 증가하므로, 프로펠러의 효율도 크게 증가될 수 있다. 본 발명은 체계적인 설계관념을 따른다. 테두리의 기능을 이용해 유도항력을 낮춘다. 따라서, 유도항력이 거의 없는 조건에서, 가로세로비가 감소되고, 날개 변형이 줄어들며, 날개 유효면적이 증가하고, 유체 배출속도가 증가되며, 프로펠러 효율 역시 이론값에 따라 상당히 향상된다. 절감된 에너지(40%-70%)는 주로 유도항력의 감소에서 얻어진다.

실험에 의하면, 소정 조건에서 터널은 프로펠러나 팬의 유량감소에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 프로펠러는 이런 바람직하지 못한 영향을 제거할 수 있고, 터널이 날개 팁에서의 압력유지와 누설감소를 가져오도록 하는 바람직한 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 프로펠러를 터널에 적절히 끼우면, 유체전달과 공기압축의 효율이 크게 개선된다. 본 발명의 프로펠러는 일반적으로 끼워맞춤 형태로 터널내부에 사용되지는 않는다. 프로펠러를 터널 양단에 배치하되, 그 유출측이나 유입측을 터널 각 단부에 적절히 설치해야만 한다. 본 발명의 프로펠러를 비교적 절절히 적용하려면, 유체를 터널내부로 가압할 때는 프로펠러의 대부분은 터널 외부에 있고, 프로펠러의 유출측만 터널 경계에 있도록 하고, 유체를 터널로부터 흡입할 때는 프로펠러의 대부분이 터널 내부에 있고 유출부측만 외부를 향하도록 하면 된다.

본 발명의 프로펠러 날개의 테두리의 형상, 크기, 공간적 각도와 위치는 주로 계산 및 실험값에 의해, 그리고 흡입유체, 유도항력의 감소, 마찰항력과 형상항력의 최소화, 구조적 강도 등의 여러 필요조건들을 종합적으로 고려하여 결정된다. 이런 조건들은 사용시의 사양에 따라 다르다. 프로펠러를 추력을 발생시키는데 사용하여 유도항력의 최소 손실이 필요할 경우, 테두리들을 정압면과 부압면 양쪽에 비교적 높이 제공한다. 프로펠러를 팬으로 사용하여 날개 부압면에서의 유도항력의손실을 감소시킬 필요가 없을 경우에는, 부압면에는 테두리를 배치할 필요가 없다(도 4 참조). 본 발명의 프로펠러 날개의 테두리의 형상, 크기, 공간적 각도와 위치는 유효 앙각, 로딩정도, 피치, 가로세로비, 반경, 날개 팁에서의 선속도, 압축계수, 밀도, 유체의 속도, 입출구 사이의 압력차, 입구나 출구와 주변 사이의 압력차 등의 사용조건에 따라 달라진다.

날개 팁에서 유체운동의 반경방향 성분은 크고, 날개의 테두리는 유도항력과 프로펠러의 반경방향 유체공급 둘다를 억제하는 영향을 준다. 따라서, 날개 테두리의 형상, 크기, 공간적 각도와 위치 모두 동작결과에 영향을 준다.

본 발명의 프로펠러 날개의 테두리는 프로펠러의 축선 방향에 대해 기울어질 수 있다(도 4 참조). 날개 정압면에서의 테두리는 테두리 기울기가 변할 때 4가지 유용한 효과를 발휘하는바: (1) 외측으로 기울어진 테두리의 유체에 미치는 반경방향 속도성분이 유체의 반경방향 이동속도보다 작으면, 이 유체는 프로펠러를 회전시키는 성분과 날개의 뒤쪽으로의 굽힘변형을 감소시키는 성분을 포함한 테두리에 대한 작용력을 발생시킨다. 이런 환경에서, 테두리는 마찰항력만을 갖고 형상항력은 갖지 않으며, 테두리의 외측기울기로 인해 유입유량이 증가된다. (2) 외측기울기를 갖는 테두리의 유체에 미치는 반경방향 속도성분이 유체의 반경방향 이동속도와 같으면, 테두리는 유체에 대한 작용력을 전혀 발생시키지 않는다. 이런 테두리는 형상항력이 전혀 없고 외측기울기로 인해 유입유량도 증가된다. (3) 외측기울기를 갖는 테두리의 유체에 미치는 반경방향 속도성분이 유체의 반경방향 이동속도보다 크면, 테두리는 유체에 미치는 반경방향 작용력을 생성한다. 이 테두리는 흡입유량은 증가시킬 수 있지만 에너지를 소비하고 형상항력 손실도 갖는다. (4) 날개 정압면의 테두리가 안쪽으로 기울어지면, 이 테두리는 유체가 오버플로우 되는 것을 방지하는 효과를 가져오지만, 유입유량이 감소되고, 테두리 외측면에 소정 유도항력이 생긴다. 테두리의 내측 경사부는 테두리의 외측 경사부와 조합되어, 테두리 하부는 외측 경사부로 상연부 부근의 상부는 내측 경사부로 조합하여 사용되고, 그렇지 않으면 나선형과 같은 특수한 상황에서 이용된다. 테두리의 외측경사부의 유도항력 감소에 미치는 영향은 외측 경사가 0도에서 90도로 변할 때 최대값에서 0으로 변한다.

이론적 분석과 테스트에 의하면, 본 발명의 프로펠러 기술이 에너지 절감에 미치는 효과는 날개의 가로세로비가 2보다 작은 조건으로 사용될 때 비교적 명백하다. 테두리의 효과는 그 경사도, 즉 테두리와 본 발명의 프로펠러의 축선방향 사이의 각도가 45도 미만일 때 비교적 명백하다.

가로세로비가 비교적 작은 날개에 대해서는, 원심력의 작용이 강할 때 원심력과 날개 압력의 작용으로 유체가 테두리 너머로 오버플로되어 유도항력이 생길 수도 있다. 테두리 높이를 올리면, 테두리가 너무 높아 유체 공급을 방해할 수도 있다. 이런 조건에서는 오버플로 방지 에지(6)를 이용해 유체의 오버플로 손실을 줄일 수 있다(도 3 참조). 오버플로 방지 에지는 날개의 유출부 부근의 테두리 부분에만 사용될 수 있다. 오버플로 방지 에지를 사용하면, 축선작용과 원심력 작용 둘다를 갖는 연기 배기장치에서처럼 나선형으로 유체를 축류운반하는데 유용하다.

본 발명의 프로펠러의 테두리는 경사를 달리할 수 있다. 예컨대, 테두리의외측 경사는 압력이 낮은 날개부분에서는 크게 하고 압력이 큰 날개부분에서는 작게 한다. 마찬가지로, 테두리 높이는 각 부분마다 필요에 따라 변화를 줄 수 있다.

날개 부압면에서의 테두리 경사각은 정압면에서의 테두리 경사각과 같을 수 있지만, 그 안쪽이나 다른 부분은 프로펠러의 축선방향에 거의 평행한 각도로 할 수도 있다. 부압면에의 테두리는 공간적 필요조건을 제외하고는 대개 외측으로 경사지지 않는다. 안쪽으로 경사진 테두리란 테두리가 축선방향을 향해 기울어진 것을 의미한다.

추진형 프로펠러에는 대부분 양변 원호형 테두리(1)가 사용된다. 유동로를 따른 테두리의 외측면은 유선형으로 하면 좋다. 이렇게 되면 유체 공급량은 증가하고, 인접 날개들 사이의 간섭은 감소되며, 추력이 증가하므로, 프로펠러의 성능이 향상된다.

팬형 프로펠러에는 대개 단변 원호형 테두리(5)가 사용된다. 이 테두리가 프로펠러 축선방향에 대해 외측으로 경사지면, 유동로를 따라 항력이 낮은 유선형이나 기타 형상을 테두리 외측면과 날개 부압면 사이의 연결부 부근에 적용한다(도 3 참조). 이렇게 하면, 부압면과 정압면 사이의 압력차를 더 낮추고, 테두리의 압력저항을 낮추며, 유체공급량을 증가시키므로 에너지 소비를 절감할 수 있다. 레이놀즈수가 비교적 높은 경우에는, 날개의 부압면에 거의 평행하면서 유체상태를 난류로 변환할 수 있는 와류 발생구역(7)을 원호형 표면 앞에 형성해야만 한다(도 4 참조). 와류 발생구역은 테두리의 일정폭이나 전면에 위치하고, 유체상태를 난류로 바꾸어 유체 분리를 지연시킴으로써 날개의 항력을 낮출 수 있는 형상이나 거친표면으로 처리한다. 로딩 강도가 비교적 높고 구조적 강도가 필요할 경우, 본 발명의 프로펠러에 보강링(4)을 보충하여 인접 날개들이나 테두리들을 서로 연결한다(도 2, 5 참조). 인접 날개들 사이에서, 날개의 길이 중간부나 단부에 하나 또는 여러개의 보강링들을 적절히 배치할 수도 있다. 이런 구성에 의해, 프로펠러의 구조적 강도와 로딩용량이 개선되고 날개의 떨림이 감소된다. 보강링이나 그 일부는 반경방향의 유체흡입에 대한 보강링의 방해를 완화시키기 위해 날개의 축선폭 너머로 돌출할 수도 있다(도 5 참조). 보강링은 터널처럼 유체방향을 제어하는 역할도 한다.

본 발명의 프로펠러에서 날개를 소정 각도로 테두리에 연결하는 구성에 의해 변형저항이 개선될 수 있다.

본 발명의 프로펠러의 테두리, 보강링, 오버플로 방지 에지는 곡면, 중공 코어를 갖는 단변형 등 여러 형태를 가질 수도 있다.

본 발명의 프로펠러의 응용범위는 프로펠러, 팬, 축류송풍기, 압축기, 축류펌프, 축류 배기장치 등과 같이 유체로 작업하는 베인휠 기계장치라고 할 수 있다.

Claims (7)

1. 하나의 허브(2)에 여러개의 날개(3)가 달린 고성능 프로펠러에 있어서:

   각 날개 팁에 양변 원호형 테두리(1)나 단변 원호형 테두리(5)가 있는 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
2. 제1항에 있어서, 상기 양변 원호형 테두리(1)나 단변 원호형 테두리(5)가 프로펠러 축선방향에 대해 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
3. 제1항에 있어서, 상기 날개들(3) 사이에 보강링(4)이 있는 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
4. 제1항에 있어서, 상기 날개(3)의 가로세로비가 2보다 작고, 나선형으로 구성된 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
5. 제1항에 있어서, 상기 테두리와 날개의 부압면 사이의 연결부는 상기 단변 원호형 테두리(5)를 위해 유동방향을 따라 비교적 매끄러운 원호면, 또는 유선형이나 유선형 비슷한 원호면을 갖거나, 이 원호면상이나 그 앞에 와류 발생구역(7)을 갖는 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
6. 제1항에 있어서, 상기 양변 원호형 테두리(1)나 단변 원호형 테두리(5)가 오버플로 방지에지(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.
7. 제1항에 있어서, 상기 단변 원호형 테두리(5)나 양변 원호형 테두리(1)와 프로펠러의 축선방향이 이루는 각도가 45°미만인 것을 특징으로 하는 고성능 프로펠러.